Ученые Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН и Института физики твердого тела РАН (Черноголовка) разработали биосенсор на основе специального красителя для определения биомолекул в растворах. По сравнению с существующими методами, он позволяет выявлять в три раза более низкие концентрации аденозинмонофосфата — соединения, присутствие которого в окружающей среде указывает на микробное загрязнение. Этот же краситель эффективен при обнаружении вируса гриппа А. О работе сообщила пресс-служба Российского научного фонда.
В медицинских учреждениях часто возникает необходимость определять в растворах различные биологические молекулы с очень низкой концентрацией, например вирусные частицы. Подходы, позволяющие провести такой анализ, часто очень трудоемкие и требуют дорогих реагентов. Поверхностно усиленная рамановская спектроскопия — метод, лишенный этих недостатков. Он основан на том, что при облучении лазером различные молекулы неодинаково рассеивают свет. В результате по спектрам можно определить, какие вещества содержатся в анализируемом образце.
Спектры рассеяния разных соединений могут совпадать, что снижает способность метода отличать их. Один из способов ее улучшить — использовать определенные красители и ДНК-аптамеры — синтетические одноцепочечные ДНК, которые специфично связываются с биомолекулами разных классов. Так, если в образце присутствуют целевые агенты, краситель, изначально связанный с аптамером, отсоединяется, уступая им свое место и испуская при этом свечение. Этот сигнал фиксируется с помощью спектроскопии, и по его интенсивности можно определить, в каком количестве содержатся в растворе мишени аптамеров.
Ученые синтезировали новый краситель, содержащий ароматическое углеродное кольцо и положительно заряженные группы, необходимые для взаимодействия с ДНК-аптамером. На основе этого вещества авторы создали биосенсоры, определяющие частицы вируса гриппа А, а также аденозинмонофосфат (АМФ), высокий уровень которого в общественных местах указывает на микробное загрязнение.
Схема анализа частиц гриппа А с помощью поверхностно усиленной рамановской спектроскопии. Источник: Елена Завьялова
Предел чувствительности сенсора в отношении вируса гриппа А составил всего тысячу частиц на миллилитр, что сопоставимо с чувствительностью полимеразной цепной реакции (ПЦР), широко применяемой, например, для выявления коронавируса. При этом анализ оказался значительно дешевле и занял менее пятнадцати минут, тогда как длительность ПЦР — порядка двух часов. Наименьшие уровни АМФ, которые удалось зафиксировать с помощью устройства, оказались в три раза ниже, чем при других методах анализа. За счет доступности реагентов, высокой скорости и низкой стоимости разработанный подход может войти в лабораторную диагностику уже в ближайшем будущем.
«Предложенная комбинация ДНК-аптамер-краситель-биомолекула позволила повысить чувствительность, упростить биосенсоры и снизить их стоимость, а также ускорить процесс количественного и качественного определения биологических веществ. В будущем мы планируем расширить спектр соединений, доступных для такого анализа», — рассказывает руководитель проекта, доктор химических наук Елена Завьялова, доцент химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова и ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского МГУ.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журналах Analytica Chimica Acta и Frontiers in Chemistry.
